蓝藻生物钟的数学建模及模拟

太湖蓝藻污染给地区经济，人民生活，投资环境带来了很大影响，寻求控制和削弱蓝藻污染的生物方法就成为非常迫切和重要的研究课题。内源性生物钟产生的昼夜节律调控生物体各种生理过程以适应环境的昼夜变化。蓝藻是具有生物钟的最简单单体原核生物。目前研究蓝藻生物钟生物化学过程和生物物理机制的数学模型只描述KaiC的翻译后磷酸化振荡过程。本项目将建立蓝藻生物钟的复杂网络数学模型，结合动力系统分析方法和计算机模拟技术选择合适的具有生物学意义的模型参数，模拟动力学行为，寻找可以控制生物钟的关键参数和可控变量。本项目从数学模型角度深入理解蓝藻生物钟的生物化学过程和生物物理机制，不仅可以促进模式生物生物钟的理论研究，还可以为治理太湖蓝藻污染提供思路和方法，具有重要的理论意义与应用价值。

本项目基本完成了预期目标。建立了两个描述KaiC蛋白磷酸化振荡的微分方程模型，一个是考虑KaiA和KaiC蛋白“转录”和“翻译”过程的全模型，一个是考虑KaiA蛋白浓度随机涨落的噪声模型。全模型从数学角度拓展了Rust模型的参数振荡区域；数值模拟证实了噪声模型里的噪声能很好的“恢复”和“抑制”KaiC的磷酸化振荡，从而调控蓝藻的昼夜节律的强度和频率。 发表标注基金资助的学术论文8篇，其中3篇论文被SCI收录；培养毕业研究生2名，有3名研究生在读。